LPDDR4芯片学习（一）——基础知识与引脚定义

news2024/9/24 21:17:57

一、基础知识

01 dram基本存储单元

当需要将一位数据存储到DRAM中时，晶体管会充电或放电电容。充电的电容表示逻辑高（1），放电的电容表示逻辑低（0）。由于电容会随着时间泄漏电荷，因此需要定期刷新电容中的数据，以确保数据不会丢失。

wordline（字线）：决定了晶体管的导通或截止，控制对存储电容的访问
bitline（位线）：外界可以通过bitline对存储电容进行读取或者写入操作

dram内部结构：

02 DDR概念

SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory），同步动态随机存储器。同步、动态、随机是其性能特点的外在说明：

同步（Synchronous ）是指内存工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准
动态（Dynamic ）是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失
随机（Random ）是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写

SDRAM具有空间存储量大、读写速度快、价格相对便宜等优点。然而由于SDRAM内部利用电容来存储数据，为保证数据不丢失，需要持续对各存储电容进行刷新操作；同时在读写过程中需要考虑行列管理、各种操作延时等，由此导致了其控制逻辑复杂的特点。

SDRAM 内部可以理解为一个存储阵列，表格中的每一个单元格可以类比为存储阵列的单个存储单元。若想要实现存储阵列中的某一存储单元的数据读写操作，可以通过行地址(Row Address)和列地址 (Column Address)(先行后列)精确定位到这一存储单元，进而进行数据的读写操作，这就是所谓的随机地址存取.

SDRAM：同步动态随机通道存储器
SDR：1倍prefetch，IO速率和内部工作速率一致
DDR：2倍prefetch，改进了IO采样为双沿采样，io时钟频率相比于sdr不变
DDR2: 4倍prefetch，io时钟频率翻倍，结合双沿，实现4倍预取
DDR3：8倍prefetch，io时钟频率相比于sdr提升4倍，结合双沿，实现8倍预取

Specifications	LPDDR1	LPDDR2	LPDDR3	LPDDR4	LPDDR5	LPDDR5X
I/O bus clock frequency (MHz)	200, 266.7 (For LPDDR-1E)	400, 533.3 (For LPDDR-2E)	800, 1067 (For LPDDR-3E)	1600, 2133 (For LPDDR-4X)	3200	3750/4266.5
Prefetch size	2n	4/2n	8n	16n	16n	16n
Data transfer rate or speed in Mbps	400, 533.3 (for LPDDR-1E)	800, 1067 (for LPDDR-2E)	1600, 2133 (for LPDDR-3E)	3200, 4267 (for LPDDR-4X)	6400	8533
Supply voltage	1.8 V	1.2, 1.8 V	1.2, 1.8	1.1, 1.8 V	I/O voltage: 0.6V	1.05, 0.9
Die Density	128Mb – 2Gb	256Mb – 2Gb	1Gb – 8Gb	4Gb – 24Gb	4Gb – 24Gb	8Gb – 24Gb
Memory Clock	200, 1E-266.7	200, 2E-266.7	200, 3E-266.7	200, 4X-266.7	400	400

LPDDR4： 16-n prefetch

IO bus data 传输速率 / 16 = DRAM core clock

IO bus data 传输速率 / 2 = IO bus clock

二、颗粒类型

六种颗粒类型：

双通道：

单通道：

两个单byte模式均可以拼接成一个标准模式。

三、ZQ wiring

阻抗校准：

当共用zq校准电阻时，必须确保zq校准命令到任意一个die是不是重叠的，否则可能会导致不同的个die同时进行zq校准而它们可能share同一个zq resistor。甚至对于双通道die也要保证zq校准start命令可以独立的到达两个channel。

校准电路：

具体校准过程如下：

收到ZQ校准命令后，PUP会被驱动为低电平，使和VDDQ连接的PMOS开关打开
校准控制模块通过调整VOH[0:4], 来使不同的P Channel device导通
比较VPULL-UP和VDDQ/2的电压，当二者相等时，DQ上下两侧的电阻相等，均为240Ω，校准完成
记录下该电阻的VOH[0:4]的值
对每个上拉电阻进行校准，记录下每个电阻对应的VOH[0:4]值
下拉电阻校准过程类似，不多赘述。不同的是和240Ω+电阻并联的是N Channel device。

参考：

LPDDR4的训练(training)和校准(calibration)–ZQ校准(Calibration)_zq calibration-CSDN博客

四、引脚定义

CK_A,CK_An,CK_b,CK_bn

时钟：CK和CKn是差分时钟输入。所有地址、命令和控制输入信号都在CK的上升沿和CKn的下降沿交叉采样。CA参数的交流时序参考CK。每个通道（A和B）都有自己的时钟对。

CKE_A,CKE_B

时钟使能：CKE高电平激活并且CKE低电平停用内部时钟电路、输入缓冲器和输出驱动器。通过CKE的转换进入和退出省电模式。CKE是命令代码的一部分。每个通道（A和B）都有自己的CKE信号。

CS_A，CS_B

芯片选择：CS是命令代码的一部分。每个通道（A和B）都有自己的CS信号。

CA[5:0]_A，CA[5:0]_B

命令/地址输入：CA信号根据命令真值表提供命令和地址输入。每个通道（A和B）都有自己的CA信号。

CS引脚用于选择特定的内存芯片。当CS信号为低电平时，所选芯片被激活，允许读写操作

DQ[15:0]_A，DQ[15:0]_B

数据总线：双向数据总线。负责在内存和控制器之间传输实际的数据位

DQS[1:0]_A DQS[1:0]_An，DQS[1:0]_B，DQS[1:0]_Bn

数据使能：DQS和DQSn是用于在读取或写入期间对数据进行节拍的双向差分输出时钟信号。数据使能由DRAM在读取操作中生成，并与数据边沿对齐。数据使能由内存控制器在写入操作中生成，并且必须在数据之前到达。每个数据字节都有一个数据使能信号对。每个通道（A和B）都有自己的DQS使能信号。

作为数据传输的时钟信号，确保数据在正确的时间被读取或写入

ODT_CA_A，ODT_CA_B

CA ODT控制：LPDDR4X设备忽略ODT_CA引脚。ODT-CS/CA/CK功能完全通过MR11和MR22进行控制。ODT_CA引脚应连接到VDD2或VSS

DMI[1:0]_ADMI[1:0]_B

数据掩码反转：DMI是一个双向信号，当数据总线上的数据被反转时，它被驱动为高电平；当数据处于正常状态时，它被驱动为低电平。可以通过模式寄存器设置禁用数据反转。每个数据字节都有一个DMI信号。每个通道（A和B）都有自己的DMI信号。该信号还与DQ信号一起用于向DRAM提供写数据屏蔽信息。DMI引脚的功能（数据反转或数据屏蔽）取决于模式寄存器的设置。

校准参考：用于校准输出驱动强度和终端电阻。每个芯片有一个ZQ引脚。ZQ引脚应通过240Ω ± 1%电